Micro LED介紹
瑞鵬資產(chǎn) 張晨玥
一、 技術(shù)基本情況介紹
Micro LED技術(shù)，即LED微縮化和矩陣化技術(shù)，指的是在一個芯片上集成的高密度微小尺寸的LED陣列，即LED顯示屏每一個像素可定址、單獨(dú)驅(qū)動點(diǎn)亮，并將像素點(diǎn)距離從毫米級降低至微米級。Micro LED的像素單元在100微米以下，并被高密度地集成在一個芯片上，每個像素都被單獨(dú)尋址并驅(qū)動以發(fā)光而無需背光。微縮化使得Micro LED具有更高的發(fā)光亮度、分辨率與色彩飽和度，以及更快的顯示響應(yīng)速度，預(yù)期能夠應(yīng)用于對亮度要求較高的“增強(qiáng)現(xiàn)實（AR）”微型投影裝置、車用平視顯示器（HUD）投影應(yīng)用、超大型顯示廣告牌等特殊顯示應(yīng)用產(chǎn)品，并有望擴(kuò)展到可穿戴/可植入器件、虛擬現(xiàn)實（VR）、光通訊/光互聯(lián)、醫(yī)療探測、智能車燈、空間成像等多個領(lǐng)域。與傳統(tǒng)的液晶顯示器（LCD) 和有機(jī)發(fā)光二極管 (OLED) 不同，Micro LED使用了一種基于無機(jī)材料的半導(dǎo)體。Micro LED把LED單元微縮至小于50微米的級別，比傳統(tǒng)LED小大約100倍，將像素間距從毫米級降低到微米級。由于像素單元低至微米量級，Micro LED顯示產(chǎn)品具有多項性能指標(biāo)優(yōu)勢：Micro LED功率消耗量僅為LCD的10%、OLED的50%，其亮度可達(dá)OLED的10倍，分辨率可達(dá)OLED的5倍。因此具有明顯的顯示效果和應(yīng)用場景的優(yōu)勢，不過目前LCD由于供應(yīng)鏈更加成熟，而且成本低廉，依然占據(jù)著主流。
uLCD顯示面板成本較低，且具備了體積小、重量輕、耗能少等優(yōu)勢，整體技術(shù)也較為成熟，故障率較低。
u與LCD相比，OLED屏幕的優(yōu)點(diǎn)主要為可顯示純黑、不漏光、近乎無限的對比度、響應(yīng)時間短、可彎曲、功耗低；缺點(diǎn)主要為壽命短、屏閃、像素密度點(diǎn)低。uMini LED將背光層分割成小塊，通過LED芯片分調(diào)光，從而改善LCD一直被詬病的黑白對比度問題，可以獲得和OLED接近的顯示效果，又避免了壽命等問題。uMicro LED可以說集成了LCD和OLED的全部優(yōu)勢，具有畫質(zhì)高、能耗低、壽命長等顯著優(yōu)點(diǎn)，但制造工藝難度大，生產(chǎn)成本高。Micro LED的工藝流程包括襯底制備、外延片與晶圓制備、像素組裝、缺陷監(jiān)測、全彩化、光提取與成型、像素驅(qū)動等7個環(huán)節(jié)，其產(chǎn)業(yè)鏈包括芯片制造、巨量轉(zhuǎn)移、面板制造、封裝/模組、應(yīng)用及相關(guān)配套產(chǎn)業(yè)。Micro LED芯片微小化使得傳統(tǒng)的制造技術(shù)不再適用，在芯片制備的各個環(huán)節(jié)都面臨著全新的技術(shù)挑戰(zhàn)，成本居高不下，這也制約了 Micro LED 芯片當(dāng)前的滲透率。其中，外延生長、封裝制程、全彩化、檢測修復(fù)與巨量轉(zhuǎn)移技術(shù)是Micro LED所有關(guān)鍵技術(shù)點(diǎn)中最重要的五個關(guān)鍵技術(shù)，對解決Micro LED成本和效率難題起至關(guān)重要作用。當(dāng)前，半導(dǎo)體芯片制程已經(jīng)相當(dāng)成熟但是Micro LED支持技術(shù)及相關(guān)產(chǎn)業(yè)公司仍處于探索階段。與傳統(tǒng)LED產(chǎn)業(yè)鏈相比，Micro LED芯片的微縮化對芯片制造提出了更高的要求，它要求將芯片尺寸縮小至50um以下以滿足高像素密度的需求。因此，在外延制備、ITO、光刻、蝕刻、磊晶剝離電測等環(huán)節(jié)都面臨著精細(xì)化工藝、提高良率等技術(shù)難題。此外，隨著LED芯片尺寸的減小，蝕刻過程中的側(cè)壁缺陷將對內(nèi)部量子效率(IQE)產(chǎn)生影響，從而大幅減少芯片的傳輸效率，導(dǎo)致外部量子效率 (EQE)的減弱。目前，引入反射膜添加劑和提前光結(jié)構(gòu)可以在一定程度上提高EQE效率，但在小尺寸領(lǐng)域的應(yīng)用仍然面臨工程問題，并且未來的發(fā)展仍然面臨挑戰(zhàn)。相較于傳統(tǒng)LED芯片，Micro LED芯片的間距更小，這增加了貼片的難度，并導(dǎo)致成本呈指數(shù)級增長。目前的解決方案主要包括COB(芯片在板上) 和COG（芯片在玻璃上)封裝技術(shù)，近來還出現(xiàn)了一種新型封裝技術(shù)稱為MIP (Micro LED in Package)，即集成封裝。MIP在成本和效率方面具備一定優(yōu)勢。MIP封裝技術(shù)具有高精度的基板，芯片無需在封裝之前進(jìn)行測試和篩選，而是在封裝過程中完成測試和分選。這樣可以提高生產(chǎn)效率。此外，由于測試難度從芯片級別轉(zhuǎn)變?yōu)橐_上的點(diǎn)測，測試的難度也有所降低。另外，MIP技術(shù)還可以采用巨量轉(zhuǎn)移技術(shù)，具備較大的發(fā)展前景。目前，已經(jīng)有國星光電、芯映光電、利亞德、中麒光電等企業(yè)布局MIP封裝技術(shù)路線。目前，在近眼顯示領(lǐng)域，Micro LED尚無法實現(xiàn)全彩高亮度顯示，在對分辨率和色彩顯示要求極高的AR/VR等應(yīng)用場景中仍然存在巨大挑戰(zhàn)。Micro LED的單色顯示相對較簡單，顯示、制備和工藝難度相對較低。然而全彩化方案的工藝復(fù)雜度較高，目前已有的解決方案包括RGB三色LED法、UV/藍(lán)光LED+發(fā)光介質(zhì)法和透鏡合成法，但這些方案均存在一些不足之處。在工藝流程和材料方面，相對于其他方案，UV/藍(lán)光LED+發(fā)光介質(zhì)法更為簡單且在技術(shù)方案上比熒光粉更具優(yōu)勢。隨著量子點(diǎn)技術(shù)的不斷完善，UV/藍(lán)光LED+發(fā)光介質(zhì)法具有更大的發(fā)展前景，并有望成為全彩化顯示的主流技術(shù)。 考慮到Micro LED芯片的微小尺寸和間距，傳統(tǒng)的測試設(shè)備難以適用，因此如何在百萬甚至千萬級的芯片中進(jìn)行缺陷晶粒的檢測、修復(fù)或替換是一個巨大的挑戰(zhàn)，目前存在的解決方案包括光致發(fā)光測試和電致發(fā)光測試。光致發(fā)光測試主要利用光源激發(fā)硅片或太陽電池片，通過對特定波長的發(fā)光信號進(jìn)行采集、數(shù)據(jù)處理，從而識別芯片缺陷。電致發(fā)光測試則是指，在強(qiáng)電場作用下，芯片中的電子成為過熱電子后根據(jù)其回到基態(tài)時所發(fā)出的光來檢測芯片缺陷。光致發(fā)光測試可以提供高分辨率和準(zhǔn)確的信息，但受到測試環(huán)境的限制，需要在無塵室等特殊條件下進(jìn)行。電致發(fā)光測試相對簡單，但對電場和溫度的控制要求較高，并且可能對芯片產(chǎn)生一定的熱影響。由于Micro LED的芯片尺寸小，相較傳統(tǒng)LED單位面積下晶粒數(shù)量龐大，需要將大量LED晶粒準(zhǔn)確且高效轉(zhuǎn)移至電路板上。以3840*2160的4K顯示為例，需轉(zhuǎn)移晶體數(shù)量超過2,000萬，按照常規(guī)轉(zhuǎn)移效率計算，需要幾日甚至幾周才能完成全部的晶粒轉(zhuǎn)移，晶粒轉(zhuǎn)移效率及良率控制未達(dá)到量產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)，難以形成規(guī)模效應(yīng)，制備成本及產(chǎn)品價格居高不下。巨量轉(zhuǎn)移被認(rèn)為是實現(xiàn) Micro LED 價格大規(guī)模降低、從而實現(xiàn)其商業(yè)化落地的核心技術(shù)之一。若巨量轉(zhuǎn)移技術(shù)取得突破，將帶來一個廣闊的轉(zhuǎn)移設(shè)備市場。針對這一技術(shù)難點(diǎn)，業(yè)內(nèi)的主流解決方案目前包括靜電吸附、相變化轉(zhuǎn)移、流體裝配、滾軸轉(zhuǎn)印、磁力吸附、范德華力轉(zhuǎn)印、激光轉(zhuǎn)移等。激光轉(zhuǎn)移在修復(fù)難度和轉(zhuǎn)移效率等維度上效果更優(yōu)，未來有可能成為巨量轉(zhuǎn)移的主流技術(shù)。三、 產(chǎn)業(yè)鏈情況
2022年全球Micro LED市場規(guī)模為103.5億元，受技術(shù)、成本方面因素影響，Micro LED市場整體還處于商業(yè)化前期的培育階段。但市場對大型化、小型化以及高效節(jié)能顯示器的需求，預(yù)計將持續(xù)推動未來5-8年內(nèi)實現(xiàn)Micro LED商業(yè)化，整體來看行業(yè)發(fā)展呈現(xiàn)樂觀趨勢。根據(jù)頭豹研究院測算，到2028年，全球Micro LED顯示器市場規(guī)模將達(dá)到5,019.00億元人民幣，2022-2028年均復(fù)合增長率達(dá)到91%，相比目前的市場規(guī)模實現(xiàn)顯著及高速的增長。
Micro LED行業(yè)的產(chǎn)業(yè)鏈較長，上游為芯片制造與巨量轉(zhuǎn)移，中游為面板制造、下游為終端應(yīng)用環(huán)節(jié)，下面將對產(chǎn)業(yè)上中下游分別進(jìn)行介紹。
（一）產(chǎn)業(yè)鏈上游
上游方面，隨著行業(yè)周期的變化，全球LED芯片產(chǎn)能逐漸向中國大陸轉(zhuǎn)移，中國將成為LED芯片生產(chǎn)的核心市場，未來市場競爭的重點(diǎn)將聚焦在高端技術(shù)和經(jīng)營效率上。在這個過程中，三安光電、乾照光電、華燦光電和兆馳股份等公司，已逐步成為LED芯片市場的領(lǐng)導(dǎo)者。它們憑借掌握的核心技術(shù)、自主知識產(chǎn)權(quán)和知名品牌，迅速占領(lǐng)了市場份額，提升了產(chǎn)業(yè)集中度。據(jù)統(tǒng)計，2021年行業(yè)前六大廠商的產(chǎn)能已占據(jù)總產(chǎn)能的87.7%。 因此，未來LED芯片行業(yè)的競爭格局將更為有序。隨著產(chǎn)能向頭部企業(yè)的進(jìn)一步集中，中小企業(yè)將面臨更大的生存壓力。尤其隨著Mini/Micro LED技術(shù)的普及，行業(yè)領(lǐng)軍企業(yè)已開始布局相關(guān)業(yè)務(wù)，缺乏資金和前瞻布局的中小企業(yè)將逐漸被市場淘汰。從中國LED封裝市場的構(gòu)成來看，通用照明器件依然占據(jù)主導(dǎo)地位，市場規(guī)模占比高達(dá)51.2%。接下來是背光封裝和顯示封裝，分別占據(jù)17.4%和13.8%的市場份額，而其他新興應(yīng)用領(lǐng)域如景觀照明、車用照明和信號指示燈等合計占比17.6%。隨著政府的大力支持和技術(shù)的普及，中國封裝行業(yè)在起步階段吸引了大量資本進(jìn)入，從而催生了大量的中小企業(yè)。這導(dǎo)致了行業(yè)集中度相對較低，競爭激烈。然而，近幾年隨著行業(yè)調(diào)整加速和疫情影響，許多封裝企業(yè)的營收出現(xiàn)下滑，企業(yè)數(shù)量也隨之減少。盡管如此，那些規(guī)模較大、上市的領(lǐng)先企業(yè)憑借規(guī)模效應(yīng)和標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)的優(yōu)勢，依然保持了相對穩(wěn)健的業(yè)績和穩(wěn)定的產(chǎn)能。這些企業(yè)擠壓了中小型低端封裝企業(yè)的生存空間。目前，國內(nèi)封裝行業(yè)已形成“一超多強(qiáng)”的格局。木林森作為“一超”，自2016年收購LEDVANCE后，其營收規(guī)模迅速擴(kuò)大三倍，成為世界級的LED企業(yè)。而“多強(qiáng)”則包括國星光電、鴻利智匯、瑞豐光電和聚飛光電等一批規(guī)模相對較小但實力雄厚的封裝企業(yè)。
Micro LED目前應(yīng)用仍然以大型顯示器為主。2022年Micro LED出貨面積中75.4%為TV，23.3%為公共顯示器，大型顯示器出貨面積占比達(dá)到98.7%。
一方面，由于LCD與OLED電視受限于85寸以下，而Micro LED技術(shù)可以實現(xiàn)大型顯示器的制造（Micro LED技術(shù)能夠創(chuàng)建由小顯示塊制成的無縫大面積顯示器，因此可以創(chuàng)建非常大的顯示器，成本隨顯示器尺寸線性增長，而標(biāo)準(zhǔn)的LCD和OLED電視顯示器，隨著顯示器的增長，成本呈指數(shù)級增長），因此Micro LED將成為大型顯示器的主流應(yīng)用技術(shù)；另一方面，則是Micro LED技術(shù)在小尺寸面板上還存在技術(shù)瓶頸，同時價格昂貴，小尺寸面板上應(yīng)用的滲透率低。未來隨著Micro LED技術(shù)的發(fā)展及成本的下降，也將進(jìn)一步應(yīng)用于AR/VR等穿戴式設(shè)備及車用大屏中，這主要是由于Micro LED技術(shù)自身的特性更加貼合這兩種應(yīng)用場景的需求：首先，Micro LED的體積小，可以大幅縮小屏幕尺寸；其次，Micro LED的高亮度、高分辨率和高色彩飽和度等特點(diǎn)，使其在顯示效果上遠(yuǎn)超傳統(tǒng)LCD和OLED技術(shù)，為這些設(shè)備提供了更清晰、更鮮艷的視覺體驗；第三，Micro LED的低功耗特點(diǎn)使其特別適合長時間、持續(xù)的工作，如穿戴式設(shè)備和車載顯示器等。這大大提高了設(shè)備的續(xù)航能力，滿足了用戶長時間使用的需求。
